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原文传递多元固废基土壤固化剂研发及其固化粉砂土性能的研究

论文题名：	多元固废基土壤固化剂研发及其固化粉砂土性能的研究
关键词：	固化粉砂土路基;工业固废物;土壤固化剂;力学性能
摘要：	在我国东北、华北和西北地区广泛分布着各种粉砂土。粉砂土具有易松散难压实,遇水易崩解等缺点，填筑路基时容易出现沉陷、变形、路基边坡面的剥落、冲蚀和整体失稳、路面开裂等病害，严重影响道路的使用性能。采用水泥和石灰固化的粉砂土具有良好的强度、水稳定性和抗冻性能，所填筑路基具有较高的稳定性和耐久性。但水泥固化粉砂土收缩量较大，开裂风险较高;石灰固化粉砂土早期强度低，后期强度发展缓慢。石灰和水泥生产消耗了大量资源和能源，且碳排放量高。基于此，本研究采用山东省黄河冲积平原区广泛分布的电石渣、粉煤灰等工业固废物，多元复合后用于固化粉砂土,采用正交试验方法研究了多元固弃土壤固化剂的配合比，并对固化粉砂土的力学性能和耐久性能进行了研究，明晰了粉砂土固化剂配合比的影响机制，提出适合不同土质的固化剂配合比，探究了固化剂掺量、压实度、含水率等不同因素下固化土的路用性能，并通过微观手段揭示了固化土的水化产物。主要研究内容及结论如下: 　　（1）选取了山东省黄河冲积平原区两种典型的粉砂土:低液限粉土和粉土质砂进行土工试验，试验结果表明粉土质砂的液限为22.9％,塑性指数是9.3,压实度为96％、95％、94％时对应的CBR值为5.4％、4.8％及4.5％;低液限粉土的液限为28.9％,塑性指数为5.9,压实度为96％、95％、94％时对应的CBR值为4.1％、3.8％及3.6％;无法满足《公路路基设计规范》中规定的上路床填筑要求。　　（2）基于正交试验方法研究固化剂配比，选取水泥掺量、渣粉比（电石渣与粉煤灰比值）和元明粉（Na2SO4）掺量3个因素，每个因素设计3个试验水平，正交试验结果表明:对于粉土质砂，各因素的影响主次顺序为水泥掺量＞渣粉比＞元明粉掺量，结合7d无侧限抗压强度和经济性因素,确定配比为水泥∶电石渣∶粉煤灰∶元明粉=30％∶40.80％∶27.20％∶2％;对于低液限粉土，各因素的影响主次顺序为渣粉比＞水泥掺量＞元明粉掺量，结合7d无侧限抗压强度和经济性因素，确定配比为水泥∶电石渣∶粉煤灰∶元明粉=30％∶13.60％∶54.40％∶2％。　　（3）研究固化剂掺量（4％、6％、8％、10％、12％、14％、16％）、压实度（98％、96％、94％、92％、90％）、含水率（-3％、-1.5％、0％、1.5％、3％）的变化对两种固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随养护龄期（3d、7d、28d、56d、90d、180d）变化的规律，进一步揭示了无侧限抗压强度与CBR之间的关系。研究结果表明:粉土质砂固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随固化剂掺量的增大先升高后降低，10％掺量的固化土力学性能表现最佳;低液限粉土固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随掺量的增加而增加。两种固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度都随养护龄期的增长而增大，随压实度的减小而减小;随着初始含水量的增加，CBR值呈现先上升后下降的变化趋势，在最佳含水率处CBR值最高。固化土CBR与无侧限抗压强度呈现正相关关系。固化剂掺量≥1％的固化粉土质砂和固化剂掺量≥5％的固化低液限粉土能满足规范规定的上路床的填筑要求;固化剂掺量≥8％的固化粉土质砂能满足规范规定的底基层的强度要求。　　(4)研究压实度为96％时两种固化土的水稳性能、干缩性能、抗冻性能随固化剂掺量(6％、8％、10％/4％、10％、16％)变化的规律。研究结果表明:固化粉土质砂的水稳系数均≥90％;而干缩应变和失水率前期增长速度快，7d后逐渐平缓;养护28d固化土冻融循环5次的抗冻指数均≥70％,固化剂掺量为8％、10％、12％的固化土符合5次循环下质量损失率不超过5％的要求。固化低液限粉土的水稳系数均≥80％;养护28d固化土冻融循环5次的抗冻指数均≥60％,固化剂掺量≥14％的固化土符合5次循环下质量损失率不超过5％的要求。两种固化土的水稳系数、干缩应变和抗冻指数随固化剂掺量和龄期的增长而增大。
作者：	李振寰
专业：	交通运输
导师：	孙仁娟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023